(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の点検装置を搭載する本体と、
車輪を上記構造物の強磁性部材に磁力で吸着させて回転駆動することにより、上記本体を上記強磁性部材に沿って移動させる走行装置と
を備える構造物点検ロボットであって、
上記構造物は、突出部材が行列状に配列された強磁性部材の相互の接続部分を有し、
上記走行装置は、上記車輪の側部に、走行面から突出する上記突出部材に接触することにより進行方向が変更される接触部を有し、
上記走行装置の車輪は、外径側に設けられて磁力を発生する磁力部と、この磁力部から車輪の側方への磁気の影響を遮蔽して上記突出部材に引き寄せられることを防止する遮蔽部とを有することを特徴とする構造物点検ロボット。
【請求項２】
請求項１に記載の構造物点検ロボットにおいて、
上記走行装置の車輪の接触部は、表面が円錐形状又は円錐台形状に形成されていることを特徴とする構造物点検ロボット。
【請求項３】
請求項１に記載の構造物点検ロボットにおいて、
上記走行装置の車輪の接触部は、表面が曲面に形成されていることを特徴とする構造物点検ロボット。
【請求項４】
請求項１に記載の構造物点検ロボットにおいて、
上記走行装置の車輪の接触部は、静摩擦係数が０．５以下の材料で形成されていることを特徴とする構造物点検ロボット。
【請求項５】
請求項１に記載の構造物点検ロボットにおいて、
上記接触部は、上記車輪の厚み方向の一方の側、かつ、同一軸上の複数の車輪の互いに異なる側に設けられていることを特徴とする構造物点検ロボット。
【請求項６】
請求項２に記載の構造物点検ロボットにおいて、
上記構造物は橋梁であり、
上記車輪の回転軸の直角方向視において、上記接触部の表面の輪郭が、上記回転軸に対して５９°以上７９°以下の角度をなすように形成されていることを特徴とする構造物点検ロボット。
【請求項７】
請求項１に記載の構造物点検ロボットにおいて、
上記走行装置は、進行方向に隣り合う上記車輪が、回転軸方向視において互いの磁力部の回転経路が交差するように配置され、かつ、回転軸の延在方向において互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする構造物点検ロボット。
【請求項８】
請求項１に記載の構造物点検ロボットにおいて、
上記本体を複数個備え、
上記本体の各々に、同軸上に配置された車輪の対が設けられ、
上記複数の本体の相互間が、弾性体で連結されている
ことを特徴とする構造物点検ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鋼製の橋梁の点検に好適な構造物点検ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、橋梁の維持管理の一環として、橋梁を構成する部材の点検が行われている。従来、例えば桁橋の主桁の点検を行う場合、主桁のフランジの側面やウェブの底面に近接して足場を組み、この足場から点検者が目視点検や打音点検を行うのが一般的である。
【０００３】
しかしながら、点検者が足場から部材に接近して行う点検は、足場の設置のために手間とコストがかかり、また、点検者の負担が大きいという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するため、橋梁の点検のために、伸縮可能なブームの先端にカメラを備えた点検車両が使用されている。この種の点検車両を用いた点検では、橋梁の床版の上や、橋梁の下方の地上に点検車両を停止させ、ブームを伸長してカメラを点検対象の部材に接近させ、この部材をカメラで撮影する。カメラの撮影映像を、床版上や地上に設置されたディスプレイに表示し、表示された映像を点検者が視認して点検を行うようになっている。
【０００５】
しかしながら、上記点検車両は、ブームの長さや関節の可動範囲に起因して、橋梁の点検可能な範囲が比較的狭いという問題がある。例えば、複数の主桁を有する橋梁の点検を行うに際して、床版上から点検車両で主桁の点検を行う場合、主桁と主桁の間の部分には、ブームの伸長距離の不足や関節の屈曲角度の不足により、カメラを接近できない場合が多い。また、上記点検車両は、橋梁の側方に構造物が接近して存在する場所では、ブームの稼働領域を確保できず、点検ができない場合がある。また、上記点検車両は、橋梁の下方に構造物が存在する場所には進入できず、点検ができない場合がある。
【０００６】
そこで、従来、カメラ等の点検装置を搭載した本体に、構造物に沿って走行する走行装置を備えた自走式の点検ロボットが提案されている。この種の点検ロボットとしては、走行装置の車輪を、複数の永久磁石からなる磁石群と、車軸に連結されたホイールを取り囲む環状の可撓性部材で形成された磁石保持部とで構成し、磁石保持部の構造物との接触面に摩擦部材を被覆したものが提案されている（特許文献１参照）。この点検ロボットは、車輪の永久磁石で構造物の強磁性部材に吸着すると共に、可撓性部材が構造物の表面の形状に応じて変形し、更に、摩擦部材で構造物に対する滑りを低減するように形成されている。これにより、平坦面にリブ板が設けられてなる鋼製の凹凸面等を、車輪が滑ることなく吸着して走行できるように形成されている。上記車輪は円柱形状を有し、左右両側の車輪の間かつ本体の底面に、矩形の車体節が取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１７７１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
橋梁や鉄塔等の鋼構造物には、例えば添接部のように、ボルトやリベットが行列状に複数個配置されて、表面が凹凸をなす箇所がある。添接部は、部材を横断して設けられることが多く、点検ロボットが部材に沿って走行する場合に迂回できないことが多い。しかしながら、上記従来の点検ロボットは、車輪が円柱形状を有するので、この車輪が添接部のボルトやリベットに係止し、走行不能になる恐れがある。また、上記車輪が添接部のボルトやリベットに乗り上げ、強磁性部材への吸着力が減少して点検ロボットが落下する恐れがある。上記車輪がボルトやリベットと係止し、また、ボルトやリベットに乗り上げる可能性は、磁石保持部の接触面に設けられた摩擦部材によって増大する。また、車輪の間に配置された車体節が、添接部のボルトやリベットに係止して、点検ロボットの走行が不可能になる恐れがある。これらにより、上記従来の点検ロボットは、構造物の添接部よりも先の部分に進むことができないので、構造物に到達できない部分が生じ、構造物の点検ができない部分が生じるという不都合がある。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、構造物のボルトやリベット等の突出部材が設けられた箇所を走破でき、構造物において到達できない部分を従来よりも削減でき、構造物を従来よりも広い領域について点検ができる構造物点検ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の構造物点検ロボットは、構造物の点検装置を搭載する本体と、
車輪を上記構造物の強磁性部材に磁力で吸着させて回転駆動することにより、上記本体を上記強磁性部材に沿って移動させる走行装置と
を備える構造物点検ロボットであって、
上記走行装置は、上記車輪の側部に、走行面から突出する突出部材に接触することにより進行方向が変更される接触部を有することを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、構造物の点検装置を搭載した本体が、走行装置により、構造物に沿って移動する。走行装置は、車輪の磁力で構造物の強磁性部材に吸着し、この車輪を回転駆動して強磁性部材に沿って走行する。強磁性部材に沿って走行すると、例えばボルトやリベット等のような、走行面である強磁性部材の表面から突出する突出部材に接触する場合がある。ここで、走行装置の車輪の側部に設けられた接触部が上記突出部材に接触すると、接触部が突出部材から反力を受け、この反力によって車輪の進行方向が突出部材を避ける方向に変更されて、走行装置の進行方向が変更される。これにより、車輪は強磁性部材の表面に吸着した状態が保たれるので、走行装置が強磁性部材の表面に沿って走行を継続することができる。したがって、従来の点検ロボットにおけるような、車輪が突出部材に係止する不都合や、車輪が乗り上げる不都合を効果的に防止できる。その結果、この構造物点検ロボットは、走行面に突出部材が配置された箇所を、効果的に走破することができ、構造物の突出部材の配置箇所よりも先へ走行して構造物の点検を行うことができる。よって、本発明の構造物点検ロボットは、構造物において到達できない部分を従来よりも削減でき、従来よりも広い部分の構造物の点検ができる。
【００１２】
ここで、上記車輪の接触部は、接触面である表面を、回転軸と直角をなす面に対して傾斜した傾斜面、曲面、放射方向に延在する溝と峰とで形成された凹凸面等の種々の形状に形成することができる。要は、接触部は、突出部材に接触して構造物点検ロボットの進行方向と異なる方向の反力を受けるように形成されていれば、表面はどのような形状でもよい。また、上記走行装置は、走行面に対する間隔を形成するため、車輪の走行面との接触位置から、本体や走行装置の走行面に最も近い部分までの離隔を、突出部材の走行面からの突出高さよりも大きくなるように設定されるのが好ましい。また、上記車輪は、外径側に、磁力を生じる磁力部が配置された円盤状のものを用いることができる。また、上記車輪は、回転軸に連結されるハブと、このハブから径方向に延びるスポーク状の径方向部材と、径方向部材の先端に連結されて磁力を生じる磁力部とを有するものを用いることができる。本発明において、強磁性部材とは、強磁性体で形成され、磁気を生成する物体との間に磁力が生じる部材をいう。また、突出部材とは、走行面から突出した物体をいい、強磁性部材の一部であるか、又は、強磁性部材と異なる部材であるかは問わない。また、突出部材の材質は、強磁性部材と同一の材質であっても、異なる材質であってもよい。例えば、突出部材とは、構造物の部材の相互を接続するボルトやリベットが該当する。
【００１３】
一実施形態の構造物点検ロボットは、上記走行装置の車輪の接触部は、表面が円錐形状又は円錐台形状に形成されている。
【００１４】
上記実施形態によれば、表面が円錐又は円錐台形状に形成された接触部が、強磁性部材の表面の突出部材に接触することにより、車輪に効果的に反力を与えて走行装置の進行方向を変更できる。
【００１５】
一実施形態の構造物点検ロボットは、上記走行装置の車輪の接触部は、表面が曲面に形成されている。
【００１６】
上記実施形態によれば、表面が曲面に形成された接触部が、強磁性部材の表面の突出部材に接触することにより、車輪に効果的に反力を与えて走行装置の進行方向を変更できる。
【００１７】
一実施形態の構造物点検ロボットは、上記走行装置の車輪の接触部は、低摩擦材で形成されている。
【００１８】
上記実施形態によれば、接触部が低摩擦材で形成されることにより、強磁性部材の表面の突出部材と接触するとき、突出部材との係合が効果的に防止される。したがって、突出部材から受けた反力により、速やかに構造物点検ロボットの進行方向を変更できる。ここで、接触部の表面部分が低摩擦材で形成されてもよく、接触部の全部が低摩擦材で形成されてもよい。また、低摩擦材とは、静摩擦係数が０．５以下の材料をいう。低摩擦材としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＥＣＴＦＥ（クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体）等のフッ素系樹脂や、他の樹脂を用いることができる。
【００１９】
一実施形態の構造物点検ロボットは、上記接触部は、上記車輪の厚み方向の一方の側、かつ、同一軸上の複数の車輪の互いに異なる側に設けられている。
【００２０】
上記実施形態によれば、同一軸上に配置された複数の車輪に、接触部を厚み方向の一方の側、かつ、複数の車輪の互いに異なる側に配置することにより、構造物点検ロボットの進行方向を変更する性能を低下することなく、接触部の個数を削減できる。また、接触部を、同一軸上の複数の車輪の互いに対向する側に配置することにより、走行装置の幅方向の寸法を増大することなく、接触部を機能させることができる。ここで、同一軸上の複数の車輪とは、同一の回転軸に取り付けられた複数の車輪のほか、延在方向が同一に配置された複数の回転軸に夫々取り付けられた車輪をもいう。
【００２１】
一実施形態の構造物点検ロボットは、上記構造物は橋梁であり、
上記車輪の回転軸の直角方向視において、上記接触部の円錐面部分の輪郭が、上記回転軸に対して５９°以上７９°以下の角度をなすように形成されている。
【００２２】
構造物点検ロボットが、構造物としての橋梁を走行するとき、強磁性部材を互いに接続する添接部に設けられた突出部材が、走行の障害となり得る。ここで、上記実施形態によれば、接触部の円錐面部分の輪郭が、回転軸に対して５９°以上７９°以下の角度をなすように形成されることにより、接触部が突出部材に接触したとき、突出部材から、走行装置の進行方向を変更可能な方向の反力を、効果的に受けることができる。したがって、突出部材に係止又は乗り上げることなく、上記添接部を走破することができる。ここで、接触部の輪郭の回転軸に対する角度が７９°を超える場合、突出部材に接触したときに受ける反力が小さく、走行装置の進行方向を変更する効果が得られないおそれがあり、また、突出部材を構成するワッシャに係止又は乗り上げるおそれがある。一方、接触部の輪郭の回転軸に対する角度が５９°よりも小さい場合、突出部材に接触したときに突出部材に係止する可能性が高まり、走行装置の進行が停止するおそれがある。ここで、突出部材が、構造物としての橋梁に設けられたボルトナットである場合に、接触部の円錐面部分の輪郭を、上記回転軸に対して５９°以上７９°以下の角度をなすように形成することにより、上記ボルトナットへの係止や乗り上げを効果的に防止することができる。さらに、上記ボルトナットに高力ボルトが用いられる場合、接触部の円錐面部分の輪郭を、上記回転軸に対して５９°以上７３°以下の角度をなすように形成するのが好ましい。また、上記ボルトナットにトルシア形ボルトが用いられる場合、接触部の円錐面部分の輪郭を、上記回転軸に対して５９°以上７９°以下の角度をなすように形成するのが好ましい。
【００２３】
一実施形態の構造物点検ロボットは、上記走行装置の車輪は、外径側に設けられて磁力を発生する磁力部と、この磁力部から車輪の周方向への磁気の影響を遮蔽する遮蔽部とを有する。
【００２４】
上記実施形態によれば、走行装置の車輪の外径側に、磁力を発生する磁力部が設けられる。また、この車輪に、磁力部から車輪の側方への磁気の影響を遮蔽する遮蔽部が設けられる。したがって、車輪が回転するとき、走行面である強磁性部材の表面に車輪を効果的に吸着できると共に、車輪が突出部材に引き寄せられる不都合を効果的に防止できる。ここで、上記遮蔽部は、磁力部を取り囲み、車輪の外径側のみが開口して磁力部の端面を車両の外径側に臨ませる一方、磁力部の他の部分を被覆する被覆部材で形成されるのが好ましい。
【００２５】
一実施形態の構造物点検ロボットは、上記走行装置は、進行方向に隣り合う上記車輪が、回転軸方向視において互いの磁力部の回転経路が交差するように配置され、かつ、回転軸の延在方向において互いに異なる位置に配置されている。
【００２６】
上記実施形態によれば、走行面である構造物の強磁性部材の表面が、進行方向において屈曲して角が形成されている場合、この角部を通過する構造物点検ロボットは、本体の進行方向と直角の幅方向軸の周りに回動するピッチングが生じる。ここで、走行装置の進行方向に隣り合う車輪が、回転軸方向視において互いの磁力部の回転経路が交差するように配置されているので、本体が走行面の角部に接触する不都合を防止できる。したがって、構造物としての例えば橋梁の箱桁を、横断方向に走行する場合においても、箱桁の鉛直面から、この鉛直面に連なる下向水平面へ、鉛直面と下向水平面との間の角部に本体が接触することなく走行することができる。しかも、鉛直面及び／又は下向水平面に突出部材が存在しても、車輪の接触部によって突出部材への係止や乗り上げを防止でき、落下することなく鉛直面と下向水平面との間の角部を通過できる。また、構造物としての例えば橋梁のＩ桁を、一方の側から他方の側に向かって走行する場合においても、ウェブの一方の面から他方の面に、ウェブの端部に本体が接触することなく走行することができる。しかも、ウェブに突出部材が存在しても、車輪の接触部によって突出部材への係止や乗り上げを防止でき、落下することなく板状部材の一方の面と他方の面との間を走行できる。
【００２７】
一実施形態の構造物点検ロボットは、上記走行装置は、同軸上に配置された２つの車輪を有し、これらの車輪の互いの距離が、上記突出部材の配置間隔の整数倍おきに調節可能に形成されている。
【００２８】
構造物の強磁性部材に存在する突出部材として、強磁性部材の相互を接続するボルトやリベットが存在する。これらのボルトやリベットは、強磁性部材の相互の接続部分に行列状に配置されることが多い。強磁性部材の接続部分に配置されたボルトやリベットは、所定の間隔で配置されることが多い。本実施形態によれば、構造物点検ロボットを用いた構造物の点検の準備を行う際に、車輪の相互間の距離を、突出部材の所定の配置間隔の整数倍おきに調節できるので、車輪が突出部材としてのボルトやリベットの間を通過できる互いの距離に容易に調節できる。したがって、構造物点検ロボットを、ボルトやリベットの設置位置を走破できるように、容易に調節できる。ここで、車輪の相互の最小の距離を、構造物点検ロボット本体の両側に配置可能な限界の最小下限距離から、最小上限距離までの間に設定するのが好ましい。最小上限距離は、上記最小下限距離よりも大きく、かつ、上記最小下限距離に最も近い突出部材の配置間隔の整数倍の値を与える整数に１を加え、この整数に突出部材の配置間隔を乗じた距離から、突出部材の径と、車輪の幅と、突出部材の頂部における接触部の幅の２倍とを差し引いた距離である。このような最小距離を設定することにより、車輪の相互の距離を、上記最小距離から突出部材の配置間隔の整数倍おきに調節することにより、いずれの調節距離においても、車輪が突出部材の間を走行可能にできる。本実施形態の構造物点検ロボットは、例えば、車輪と回転軸に、係合歯及び係合爪のいずれかを設け、係合歯の係合爪との係合間隔を、所定の距離の整数倍に設定することができる。ここで、係合歯の係合爪との係合間隔は、例えば１００ｍｍ、１２０ｍｍ及び１５０ｍｍの各々の整数倍ごとに設定することができる。
【００２９】
一実施形態の構造物点検ロボットは、上記本体を複数個備え、
上記本体の各々に、同軸上に配置された車輪の対が設けられ、
上記複数の本体の相互間が、弾性体で連結されている。
【００３０】
上記実施形態によれば、複数の本体の各々に、同軸上に配置された車輪の対が進行方向に２組設けられる。ここで、いずれかの本体に、車輪の接触部が突出部材に接触したとき、他の本体との間が弾性体で連結されているので、他の本体によって進行方向の変化が妨げられる不都合が少ない。したがって、本体毎に、突出部材との係止や乗り上げを防止できるので、走破性の高い構造物点検ロボットが得られる。なお、本体の車輪対は、軸方向視において互いの磁力部の回転経路が交差するように配置されるのが好ましい。これにより、強磁性部材の鉛直面と下向水平面との間や、板状の強磁性部材の一方の面と他方の面との間を、強磁性部材の角部に本体が接触することなく走行することができる。したがって、各本体の車輪が走行面から離脱する不都合を効果的に防止できる。
【００３１】
一実施形態の構造物点検ロボットは、上記走行装置は、進行方向の一方の側に、同軸上に配置された２つの車輪を有し、進行方向の他方の側に、同軸上に配置された２つの車輪を有する。
【００３２】
上記実施形態によれば、走行装置の一方の進行方向及び他方の進行方向のいずれにも、安定して走行可能な構造物点検ロボットが得られる。
【００３３】
一実施形態の構造物点検ロボットは、上記走行装置は、進行方向の一方の側に、同軸上に配置された２つの車輪を有し、進行方向の他方の側に１つの車輪を有する。
【００３４】
上記実施形態によれば、走行装置の進行方向と直角の幅方向において、車輪の走行経路を少なくできるので、突出部材の間を容易に通過できて、走破性の高い構造物点検ロボットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態の構造物点検ロボットを模式的に示す平面図である。
【図２】構造物点検ロボットを模式的に示す側面図である。
【図３】構造物点検ロボットの車輪を示す横断面図である。
【図４】構造物点検ロボットの車輪を示す縦断面図である。
【図５】構造物点検ロボットの車輪を示す分解図である。
【図６】構造物点検ロボットの車輪の変形例を示す平面図である。
【図７】構造物点検ロボットが橋梁の添接部を走行する様子を示す平面図である。
【図８】構造物点検ロボットが橋梁の添接部を走行する様子を示す正面図である。
【図９】橋梁の添接部に設置されたボルトを示す断面図である。
【図１０】橋梁の添接部に設置されたリベットを示す断面図である。
【図１１】構造物点検ロボットが橋梁を横断方向に走行する様子を示す断面図である。
【図１２】構造物点検ロボットが橋梁の添接部を走行する様子を示す平面図である。
【図１３】第２実施形態の構造物点検ロボットが橋梁の添接部を走行する様子を示す平面図である。
【図１４】橋梁の添接部を走行する第２実施形態の構造物点検ロボットの車輪の様子を示す正面図である。
【図１５】第３実施形態の構造物点検ロボットの車輪を示す横断面図である。
【図１６】第３実施形態の構造物点検ロボットの車輪を示す縦断面図である。
【図１７】第４実施形態の構造物点検ロボットを模式的に示す平面図である。
【図１８】第５実施形態の構造物点検ロボットを模式的に示す平面図である。
【図１９】第６実施形態の構造物点検ロボットを模式的に示す平面図である。
【図２０】第６実施形態の構造物点検ロボットを模式的に示す側面図である。
【図２１】構造物点検ロボットの車輪の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３７】
図１は、本発明の第１実施形態の構造物点検ロボットを模式的に示す平面図であり、図２は、第１実施形態の構造物点検ロボットを模式的に示す側面図である。第１実施形態の構造物点検ロボットは、構造物としての橋梁の点検を行うように形成され、走行装置の車輪に設けられた磁力部により、強磁性部材としての鋼製部材に磁力で吸着し、所定の点検位置に移動して点検を行うものである。
【００３８】
この構造物点検ロボット１は、可視光動画カメラや赤外線カメラ等の点検装置５を搭載した本体２と、この本体２の概ね四隅に配置された４つの車輪３，３，４，４を備える。
【００３９】
車輪３，３，４，４は、本体２の一方の側に同軸上に配置された一対の前輪３，３と、本体２の他方の側に同軸上に配置された一対の後輪４，４とで構成されている。一対の前輪３，３は、一対の後輪４，４よりも、互いの離隔距離が広く設定されている。なお、車輪３，４の配置位置に関する前及び後は、便宜的に定めたものであり、本体２に関していずれの側が前であってもよい。また、すなわち、互いの離隔距離が狭い一対の車輪４，４を前輪とし、互いの離隔距離が広い一対の車輪３，３を後輪としてもよい。
【００４０】
前輪３は、図３の横断面図と、図４の縦断面図とに示されるように、円盤状の車輪本体３１の外径側に、複数の磁力部としての磁石３５，３５，３５，・・・が、周方向に所定間隔をおいて配置されている。図３では、鋼製部材の法線が鉛直下方を向く下向水平面を、走行面２０として、前輪３が吸着して走行する様子を示している。前輪３の磁石３５は、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等の永久磁石が用いられる。なお、磁力部として、電磁石を用いてもよい。磁力部としての磁石３５は、磁力を出射する径方向外側の端面以外の部分が、遮蔽部３６によって覆われている。遮蔽部３６は、一端が開口した円筒形状を有し、磁石３５の端面を開口から臨ませるように、磁石３５を収容している。遮蔽部３６は、強磁性体で作成でき、特に、方向性けい素鋼、ニッケル鉄合金又は電磁ステンレス鋼等で作成するのが好ましい。車輪本体３１及び磁力部の外径側であって、走行時に構造物の強磁性部材に接する面には、ゴム製又は樹脂製の滑り止め被膜を設けることができる。前輪３の車輪本体３１は、図５に示すように、中心に設けられたハブ６により、駆動軸７に連結されている。前輪３のハブ６は、駆動軸７に対する固定位置が軸方向に調整可能になっている。これにより、前輪３の駆動軸７に沿った軸方向位置が変更可能に形成されている。すなわち、本体２の幅方向の両側に配置されて同一軸上に配置された一対の前輪３，３は、同軸上に配置された駆動軸７，７に沿って、互いの距離が調整可能に形成されている。前輪３，３の互いの距離は、駆動軸７，７に係合歯を設けると共に、前輪３，３のハブ６に係合爪を設け、これらの係合歯と係合爪との係合間隔が、１００ｍｍの整数倍と、１２０ｍｍの整数倍と、１５０ｍｍの整数倍とに設定されている。前輪３，３の互いの距離の最小値は、任意の値に調節可能になっている。これにより、前輪３，３の互いの距離が、最小値から、１００ｍｍの整数倍を加えた値と、１２０ｍｍの整数倍を加えた値と、１５０ｍｍの整数倍を加えた値とに設定可能に形成されている。なお、前輪３，３の間の距離は、駆動軸７，７に係合爪を設けると共に、前輪３，３のハブ６に係合歯を設けて調整可能に形成してもよい。また、駆動軸７の端部に前輪３のハブ６を固定し、駆動軸７をテレスコープ状に伸縮可能に形成して、２つの前輪３，３の間の距離を調節可能に形成してもよい。
【００４１】
後輪４もまた、前輪３と同様に、円盤状の車輪本体４１の外径側に、複数の磁力部としての磁石３５，３５，３５，・・・が周方向に所定間隔をおいて配置されており、これらの磁石３５，３５，３５，・・・は、磁力を出射する径方向外側の端面以外の部分が、遮蔽部３６によって覆われている。また、同一軸上の２つの後輪４は、前輪３と同様の機構により、互いの距離が、任意の最小値から、１００ｍｍの整数倍を加えた値と、１２０ｍｍの整数倍を加えた値と、１５０ｍｍの整数倍を加えた値とに設定可能に形成されている。
【００４２】
上記前輪３及び後輪４には、接触部３２，４２が、軸方向の両側に取り付けられている。図５は、接触部３２が設けられた前輪３を示す分解図である。接触部３２は、底面が開口した円錐形状に形成されている。この接触部３２は、金属で作成された本体の円錐形状の表面に、低摩擦材として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）で作成された被膜が設けられて、接触面３２ａが形成されている。接触部３２の内側には、底面が開口した柱状の嵌合部が形成され、この嵌合部がハブ６の外側面に嵌合して車輪本体３１に固定されている。車輪３の一方の側に固定された接触部３２は頂点が尖っている一方、他方の側に固定された接触部３２は、頂点部分に貫通穴が形成されて駆動軸７が挿通されている。この接触部３２，４２は、車輪３，４が走行面２０に吸着して回転する際、走行面２０である鋼製部材の表面に突出する突出部材に接触し、これにより突出部材から受けた反力で、走行装置の進行方向を変更するように構成されている。図６は、変形例の接触部１３２が設けられた前輪３を示す図である。変形例の接触部１３２は円錐台形状に形成され、接触面１３２ａが円錐台状斜面に形成されている。この接触部１３２は、円錐台形状の頂部の平坦面が、ハブ６の端面に接するように車輪本体３１に固定される。なお、接触部３２の表面に設けられた被膜は、ＰＴＦＥ以外に、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）及びＥＣＴＦＥ等の低摩擦材で形成されてもよい。また、接触部３２の表面に低摩擦材で形成された被膜を設ける以外に、接触部３２の一部又は全部を、ＰＴＦＥ等の低摩擦材で形成してもよい。
【００４３】
上記前輪３と後輪４は、図２に示すように、回転軸方向視において、互いに重複するように配置されている。これにより、前輪３の外径側に配置された磁石３５が前輪３の回転に伴って描く回転経路と、後輪４の外径側部に配置された磁石が後輪４の回転に伴って描く回転経路とが、回転軸方向視において交差するように配置されている。また、上記前輪３と後輪４は、図１に示すように、駆動軸７，９の延在方向である幅方向において、互いに異なる位置に配置されている。すなわち、上記前輪３と後輪４は、幅方向にずらして配置されており、これにより、回転軸方向視において互いに重複しながら、互いに干渉することなく回転可能に形成されている。
【００４４】
本体２は、平面視において矩形の基台１０上に、可視光動画カメラや赤外線カメラ等の点検装置５が設置されている。なお、点検装置５は、距離センサ等のような、橋梁の点検に関する他の機器であってもよい。基台１０上には、２つの前輪３の駆動軸７と２つの後輪４の駆動軸９を夫々駆動するギヤードモータ１１，１１，１１，１１と、ギヤードモータ１１の動作を制御するモータドライバ１２が搭載されている。上記前輪３、後輪４、駆動軸７，９及びギヤードモータ１１により、走行装置を構成している。また、基台１０上には、図示しないリモートコントローラから操作に関する操作信号を受信する受信機１３と、受信機１３から操作信号を受けて制御信号を出力するメインコントローラ１４が搭載されている。さらに、基台１０には、上記モータドライバ１２に電力を供給するバッテリ１５が設けられている。メインコントローラ１４からの制御信号がモータドライバ１２に入力され、入力された制御信号に応じた電力をモータドライバ１２がギヤードモータ１１へ出力する。一対の前輪３及び一対の後輪４は、夫々のギヤードモータ１１によって回転方向及び回転数が独立して制御される。各車輪３，４の回転方向及び回転数が制御されることにより、構造物点検ロボット１の前進及び後進の切り替えと、走行速度の調整と、左右の操舵が行われる。本体２の基台１０の上記各機器が搭載された側と反対側の面である底面は、図２に示すように、前輪３の中心と後輪４の中心とを結ぶ線に対して直角を成す高さ方向の位置が、前輪３と後輪４の重複部分の内側となるように設定されている。なお、基台１０の底面は、高さ方向の位置が、前輪３と後輪４の重複部分よりも高ければよい。
【００４５】
第１実施形態の構造物点検ロボット１は、次のように動作する。まず、構造物としての橋梁の鋼製部材に、前輪３，３及び後輪４，４を接触させて載置し、車輪３，４のいずれかの磁力部を鋼製部材に吸着させる。構造物点検ロボット１の姿勢が、本体２の基台１０の底面が鋼製部材を向くように載置する。続いて、操作者がリモートコントローラを操作し、遠隔操作により車輪３，４を駆動し、橋梁の鋼製部材に沿って走行させ、所定の点検位置に移動させる。点検位置に達すると、カメラによる撮影や、センサによる点検情報の収集を行う。構造物点検ロボット１の移動中に、カメラによる撮影等を行ってもよい。
【００４６】
この構造物点検ロボット１は、前輪３及び後輪４の外径側に設けた磁力部としての複数の磁石３５，３５，３５，・・・が、車輪３，４の回転に伴い、橋梁の鋼製部材の表面に順次吸着する。これにより、車輪３，４が、走行面２０である鋼製部材の表面に吸着した状態が保たれながら回転駆動されて、構造物点検ロボット１が鋼製部材に沿って走行する。
【００４７】
橋梁には、鋼製部材の相互を接続する箇所に、添接部が形成される。添接部では、互いの鋼製部材の端部を重ね合せると共に添接板を添え、これらの鋼製部材と添接板に複数のボルトナットを貫通させ、これら複数のボルトナットで鋼製部材と添接板とを密着させることにより、鋼製部材の端部の相互を接続している。この添接部は、主桁や、横桁や、補剛材等のあらゆる部材に設けられる。この添接部を構造物点検ロボットが通過する際、走行面２０である鋼製部材の表面から突出したボルト頭部や、ナットや、リベット頭部等が、走行の障害となることがある。橋梁の添接部では、鋼製部材の厚みや鋼製部材に作用する応力に対応して、ボルトナット又はリベットの配列間隔が決定されているが、１００ｍｍ、１２０ｍｍ又は１５０ｍｍの配列間隔とされる場合が比較的多い。そこで、前輪３，３の相互の距離と後輪４，４の相互の距離が、所定の最小値から、１００ｍｍの整数倍おきと、１２０ｍｍの整数倍おきと、１５０ｍｍの整数倍おきに調整可能に形成されている。すなわち、所定の最小値に、１００ｍｍの整数倍を加えた値と、１２０ｍｍの整数倍を加えた値と、１５０ｍｍの整数倍を加えた値とに調整可能に形成されている。これにより、添接部のボルトナット又はリベットの配列間隔に容易に対応できるようになっている。
【００４８】
図７は、構造物点検ロボット１が、ボルトナット２５が設置された添接部を走行する様子を示した平面図である。また、図８は、構造物点検ロボット１が、ボルトナット２５が設置された添接部を走行する様子を示した正面図である。図７，８に示すように、構造物点検ロボット１は、一対の前輪３，３の互いの離隔距離Ｗ１が、ボルトナット２５の設置間隔ｄの２．３倍に設定されて、２つのボルトナット２５を跨いで走行するように設定されている。なお、前輪３，３の離隔距離Ｗ１は、車輪本体３１の幅方向中央の相互間の距離である。この前輪３，３の離隔距離Ｗ１は、調節可能な前輪３，３の間の距離の最小値である。この最小値に、ボルトナット２５の設置間隔ｄの整数倍を加えた距離に、前輪３，３の間の距離が調節可能になっている。ここで、前輪３，３の離隔距離の最小値は、最小下限距離から最小上限距離の間に設定できる。最小下限距離は、本体２の両側に配置可能な最も近い距離である。最小上限距離は、上記最小下限距離よりも大きく、かつ、上記最小下限距離に最も近いボルトナット２５の配置間隔ｄの整数倍の値を与える整数である２に１を加え、この整数の３に配置間隔ｄを乗じた距離から、ボルトナット２５の径Ｄと、車輪本体３１の幅ｗ１と、接触部３２のボルトナット２５の頂部における幅ｗ２の２倍とを差し引いた距離である。ここにおいて、ボルトナット２５の径Ｄとは、ボルトナット２５の鋼製部材の表面に露出する最大径の部分の径をいう。図８に示した記号を用いると、前輪３，３の互いの離隔距離の最小値は、本体２の両側に設置可能な距離である最小下限距離から、３ｄ−Ｄ−ｗ１−２ｗ２の最小上限距離までの間に設定することができる。一方、一対の後輪４，４の互いの離隔距離Ｗ２は、ボルトナット２５の設置間隔ｄの１．８倍に設定されて、２つのボルトナット２５を跨いで走行するように設定されている。この後輪４，４の互いの離隔距離Ｗ２は、後輪４，４の間の距離の最小値である。この最小値に、ボルトナット２５の設置間隔ｄの整数倍を加えた距離に、後輪４，４の間の距離が調節可能になっている。後輪４，４の互いの離隔距離の最小値もまた、前輪３，３と同様に設定する。すなわち、後輪４，４の互いの離隔距離の最小値は、本体２の両側に設置可能な最も近い距離である最小下限距離から、３ｄ−Ｄ−ｗ１−２ｗ２で表される最小上限距離までの間に設定することができる。本実施形態では、前輪３と後輪４は、互いに接触しないように、幅方向にずらして配置している。また、前輪３，３の離隔距離Ｗ１と後輪４，４の離隔距離Ｗ２との間の差を、ボルトナット２５の設置間隔ｄからボルトナット２５の径Ｄを減じた値以下に設定し、前輪３，３と後輪４，４が互いに同じボルトナット２５，４５間を走行するように設定されている。
【００４９】
図９は、構造物点検ロボット１の前輪３，３の互いの離隔距離を、図７の離隔距離Ｗ１よりも大きい離隔距離Ｗ４に設定した場合を示す平面図である。図９の前輪３，３の離隔距離Ｗ４は、前輪３，３の間の離隔距離の最小値に、ボルトナット２５の設置間隔ｄの２倍を加えた距離である。一方、後輪４，４の間の離隔距離は、図７の離隔距離Ｗ２と同一であり、前輪３，３の間の離隔距離Ｗ４と、後輪４，４の間の離隔距離とは、ボルトナット２５の設置間隔ｄの２倍の差がある。前輪３，３の間の離隔距離を、最小値にボルトナット２５の設置間隔ｄの２倍を加えた距離に設定することにより、最小値に設定されたときに通過するボルトナット２５間位置から互いに遠い側に隣接するボルトナット２５間位置を、前輪３，３が走行する。また、前輪３，３の離隔距離と後輪４，４の離隔距離との差を、ボルトナット２５の設置間隔ｄの２倍とすることにより、前輪３，３がボルトナット２５間を通過できれば、後輪４，４もまた、前輪３，３が通過したボルトナット２５間の内側のボルトナット２５間を通過できる。
【００５０】
走行装置の前輪３と後輪４に設けられた接触部３２，４２は、回転軸直角方向視における頂部の角度が、ボルトナットやリベットに対応して設定されている。
【００５１】
図１０は、添接部に設置されたボルトナット２５を示す断面図である。添接部において、ボルトナット２５は、被接合部材２２と、この被接合部材２２の表裏両面に配置された添接板２１，２３とを貫通するボルト穴に挿通されたボルト２６のボルト軸部２６ｂが、ナット２８で締結されている。ボルトナット２５は、高力ボルトが用いられる。ボルト頭２６ａと上側添接板２１の間と、ナット２８と下側添接板２３との間には、夫々ワッシャ２７，２９が設けられている。ボルトナット２５のボルト頭２６ａ側において、ワッシャ２７が、表面が走行面２０となる上側添接板２１に接した状態で最大径を呈している一方、ボルト頭２６ａの上端縁が、上側添接板２１の表面から最も突出している。また、ボルトナット２５のナット２８側において、ワッシャ２９が、表面が走行面２０となる下側添接板２３に接した状態で最大径を呈し、次いで、ナット２８の下端縁と、ボルト軸部２６ｂの下端縁とが、この順に径が減少する。また、下側添接板２３の表面からの突出量が、ワッシャ２９、ナット２８及びボルト軸部２６ｂの順に増大する。ボルトナット２５との関係において、車輪３，４の接触部３２，４２を、ワッシャ２７，２９に乗り上げず、また、ボルト軸部２６ｂに乗り上げないように設定することにより、ボルトナット２５を回避して走行することができる。そこで、ボルトナット２５のボルト頭２６ａ側と、ナット２８側において、ボルトナット２５の各部の間を結ぶ線を検討すると、ボルト頭２６ａ側では、ワッシャ２７の上端縁と、ボルト２６の上端縁との間を結ぶ線が、ボルトの軸直角方向視において、θ１の傾斜角度を成す。一方、ナット２８側では、ワッシャ２９の下端縁と、ナット２８の下端縁との間を結ぶ線が、ボルトの軸直角方向視において、θ２の傾斜角度を成す。また、ナット２８側において、ナット２８の下端縁と、ボルト軸部２６ｂの下端縁との間を結ぶ線が、ボルトの軸直角方向視において、θ３の傾斜角度を成す。ここで、図１０において、被接合部材２２の断面が延在する方向と直角の方向に関して、ボルト頭２６ａ側を上側といい、ナット２８側を下側という。橋梁の添接部に多く用いられるＩＳＯメートルねじ規格のＭ２０を想定した場合、θ１は７３°であり、θ２は７９°であり、θ３は５９°である。Ｍ２２を想定した場合、θ１は７４°であり、θ２は８０°であり、θ３は５５°である。Ｍ２４を想定した場合、θ１は７７°であり、θ２は８２°であり、θ３は５６°である。ここで、ボルト軸の先端部がナット２８から突出する長さである余長は、Ｍ２０の場合は１０ｍｍ、Ｍ２２の場合は１０ｍｍ、Ｍ２４の場合は１３ｍｍとする。これらから、高力ボルトを用いた添接部を走破するためには、接触部３２，４２の回転軸直角方向視における頂部の角度を、５９°以上７３°以下に設定すればよい。
【００５２】
図１１は、添接部に設置されたトルシア形ボルトナット５０を示す断面図である。添接部において、トルシア形ボルトナット５０は、被接合部材２２と、この被接合部材２２の表裏両面に配置された添接板２１，２３とを貫通するボルト穴に挿通されたボルト５１のボルト軸部５１ｂが、ナット５２で締結されている。トルシア形ボルトナット５０は、ボルト５１のボルト軸部５１ｂにナット５２を螺合してナット５２の回転を阻止した状態で、上記ボルト軸部５１ｂの先端に形成されたピンテールに専用工具で締め付け力を付与する。ピンテールに締め付け力を与え、ボルト５１とナット５２との間に所定の締結力が発揮されると、上記ピンテールが破断してボルト軸部５１ｂから分離する。こうして、ボルト５１とナット５２の間に所定の締結力が導入される。トルシア形ボルトナット５０のボルト５１は、ボルト頭５１ａに締め付け力を付与しないので、ボルト頭５１ａが丸頭になっている。ボルト５１のボルト頭５１ａは上側添接板２１に接する一方、ナット５２と下側添接板２３との間には、ワッシャ５３が設けられている。トルシア形ボルトナット５０のボルト頭５１ａ側において、ボルト頭５１ａが、表面が走行面２０となる添接板２１に接した状態で最大径を呈している一方、ボルト頭５１ａの上端縁が、添接板２１の表面から最も突出している。また、トルシア形ボルトナット５０のナット５２側において、ワッシャ５３が、表面が走行面２０となる下側添接板２３に接した状態で最大径を呈し、次いで、ナット５２の下端縁と、ボルト軸部５１ｂの下端縁とが、この順に径が減少する。また、下側添接板２３の表面からの突出量が、ワッシャ５３、ナット５２及びボルト軸部５１ｂの順に増大する。トルシア形ボルトナット５０との関係において、車輪３，４の接触部３２，４２を、ボルト頭５１ａ又はワッシャ５３に乗り上げず、また、ボルト軸部５１ｂに乗り上げないように設定することにより、トルシア形ボルトナット５０を回避して走行することができる。そこで、トルシア形ボルトナット５０のボルト頭５１ａ側と、ナット５２側において、トルシア形ボルトナット５０の各部の間を結ぶ線を検討すると、ボルト頭５１ａ側では、ボルト頭５１ａの上端縁に接する線が、ボルトの軸直角方向視において、θ４の傾斜角度を成す。なお、ボルト頭５１ａの上側添接板２１に接する下端縁の部分は、所定の高さに亘って円筒面に形成され、ボルトの軸直角方向視において直角を成している。一方、ナット５２側では、ワッシャ５３の下端縁と、ナット５２の下端縁との間を結ぶ線が、ボルトの軸直角方向視において、θ５の傾斜角度を成す。また、ナット５２側において、ナット５２の下端縁と、ボルト軸部５１ｂの下端縁との間を結ぶ線が、ボルトの軸直角方向視において、θ６の傾斜角度を成す。ここで、図１１において、被接合部材２２の断面が延在する方向と直角の方向に関して、ボルト頭５１ａ側を上側といい、ナット５２側を下側という。橋梁の添接部に多く用いられるＩＳＯメートルねじ規格のＭ２０を想定した場合、θ４は５５°であり、θ５は７９°であり、θ６は５８°である。Ｍ２２を想定した場合、θ４は５５°であり、θ５は８０°であり、θ６は５８°である。Ｍ２４を想定した場合、θ４は５５°であり、θ５は８２°であり、θ６は５９°である。ここで、ボルト軸の先端部がナット５２から突出する長さである余長は、Ｍ２０の場合は９．５ｍｍ、Ｍ２２の場合は１１ｍｍ、Ｍ２４の場合は１４ｍｍとする。これらから、トルシア形ボルトナット５０を用いた添接部を走破するためには、接触部３２，４２の回転軸直角方向視における頂部の角度を、５９°以上７９°以下に設定すればよい。
【００５３】
本実施形態の構造物点検ロボット１が添接部に進入すると、添接部に所定間隔で配置されたボルトナット２５に前輪３が接触する場合がある。前輪３がボルトナット２５に接触すると、接触部３２がボルトナット２５から反力を受け、この反力によって前輪３の進行方向がボルトナット２５を避ける方向に変更されて、走行装置の進行方向が変更される。接触部３２は、回転軸直角方向視における頂部の角度が、添接部に用いられたボルトナット２５の種類に応じて所定の角度に設定されている。したがって、前輪３は、ボルトナット２５に乗り上げることなく、鋼製部材の表面に吸着した状態が保たれる。前輪３の進行方向の変更により、後輪４のボルトナット２５への接触が回避される。或いは、後輪４がボルトナット２５に接触しても、後輪４の接触部４２がボルトナット２５から受けた反力により、後輪４の進行方向がボルトナット２５を避ける方向に変更されて、走行装置の進行方向が変更される。また、前輪３及び後輪４の鋼製部材への吸着力を発揮する磁石３５は、車輪の側方への磁気の影響が遮蔽部３６で遮蔽されるので、磁石３５の磁気によって車輪３，４がボルトナット２５へ引き寄せられる不都合を効果的に防止できる。これにより、構造物点検ロボット１は、走行装置のボルトナット２５への係止や乗り上げが生じることなく、添接部を走破することができる。したがって、橋梁の添接部よりも先の鋼製部材に到達して、点検を行うことができる。よって、本発明の構造物点検ロボットは、橋梁の到達できない部分を従来よりも削減でき、従来よりも広い部分の橋梁の点検ができる。
【００５４】
また、本実施形態の構造物点検ロボット１は、回転軸方向視において前輪３及び後輪４が互いに重複するように配置されているので、箱桁等の鋼製部材を縦断する際に、鋼製部材の鉛直面から、法線が鉛直下方を向く下向水平面へ移動するとき、鉛直面と下向水平面との間の角部に本体２が接触する不都合を防止できる。したがって、本体２が角部に接触して走行が停止する不都合や、本体２の角部への接触に起因して車輪３，４が走行面２０から離脱する不都合を防止でき、構造物点検ロボット１の落下を効果的に防止できる。また、本実施形態の構造物点検ロボット１は、回転軸方向視において前輪３及び後輪４が互いに重複するように配置されているので、前輪３と後輪４のいずれも、鋼製部材の鉛直面から下向水平面へ移動する際に、常に鉛直面又は下向水平面に接触点を形成することができる。したがって、前輪３や後輪４が走行面２０から離脱する不都合を防止でき、構造物点検ロボット１の落下を効果的に防止できる。
【００５５】
また、本実施形態の構造物点検ロボット１は、鋼製部材の鉛直面から下向水平面へ移動する場合と同様に、下向水平面から鉛直面へ移動する場合においても、下向水平面と鉛直面との間の角部に本体２が接触する不都合を防止でき、構造物点検ロボット１の落下を防止できる。また、本実施形態の構造物点検ロボット１は、直角を成す鉛直面と下向水平面のほか、種々の角度を成して連なる２つの面を通過する場合においても、本体２が２つの面の間の角部に接触して落下する不都合を防止できる。
【００５６】
さらに、本実施形態の構造物点検ロボット１は、回転軸方向視において前輪３及び後輪４が互いに重複するように配置されているので、水平方向に突出した板状の鋼製部材を、表面から裏面に向かって走行することができる。詳しくは、構造物点検ロボット１が板状の鋼製部材の上側面から端面へ移動する際、前輪３が上側面から端面へ移るとき、後輪４が上側面に接触した状態が保持される。続いて、後輪４が上側面から端面へ移るとき、前輪３が端面に接触した状態が保持される。この後、構造物点検ロボット１が板状の鋼製部材の端面から下側面へ移動する際、前輪３が端面から下側面へ移るとき、後輪４が端面に接触した状態が保持される。続いて、後輪４が端面から下側面へ移るとき、前輪３が下側面に接触した状態が保持される。この構造物点検ロボット１が、上側面と端面との間の角部と、上記端面と下側面との間の角部を通過するとき、回転軸方向視において前輪３と後輪４が重複すると共に重複部分よりも走行面２０から遠い側に本体２が配置されているので、この本体２が上記角部に接触する不都合が防止される。したがって、前輪３や後輪４が走行面２０から離脱する不都合を防止でき、構造物点検ロボット１の落下を効果的に防止できる。
【００５７】
このように、本実施形態の構造物点検ロボット１は、鋼製部材の鉛直面と下向水平面との間を落下することなく走行でき、板状の鋼製部材の上側面と下側面との間を落下することなく走行できる。したがって、図１２に示すような橋梁の上部工の下側部分を、落下することなく走行できる。すなわち、Ｔの走行経路で示すように、鉛直下方を向くデッキプレート６１の下側面から、このデッキプレート６１の下側面に直角を成す横桁６２のウェブ６２ａの一方の面に移り、更に、横桁６２の下端の水平方向に延びるフランジ６２ｂに移り、このフランジ６２ｂの下側面を経由してウェブ６２ａの他方の面に移り、このウェブ６２ａに連なるデッキプレート６１の下側面に移ることができる。上記走行経路Ｔにおいて、デッキプレート６１の下側面と横桁６２のウェブ６２ａの表面との間のように、９０°を成す所謂入隅状の角部では、前輪３や後輪４が角部に達したときに両方の面に接触するので、容易に角部を通過することができる。したがって、橋梁の従来よりも広い領域に到達し、点検を行うことができる。なお、図１２では、構造物点検ロボット１が橋梁の橋軸方向に縦断して走行する様子を示したが、橋梁の橋軸直角方向に横断して走行することもできる。構造物点検ロボット１が橋梁を横断する場合、デッキプレート６１と箱桁との間に形成された入隅状の角部や、箱桁の下端に形成された出隅状の角部を、落下を防止しながら走行することができる。また、デッキプレート６１とＩ桁との間に形成された入隅状の角部や、Ｉ桁の下端の板状のフランジを、落下を防止しながら走行することができる。また、橋梁の上部工には、横桁６２や、主桁としての箱桁やＩ桁に、添接部が存在するが、走行装置の前輪３及び後輪４に設けられた接触部３２，４２により、添接部のボルトナット２５への係止や乗り上げを防止でき、添接部を走破することができる。したがって、横桁６２や主桁の添接部よりも先の位置に到達して、各部の点検を行うことができる。したがって、橋梁の従来よりも広い領域の点検を行うことができる。
【００５８】
図１３は、第２実施形態の構造物点検ロボット１０２が添接部を走行する様子を示す平面図であり、図１４は、添接部を走行する第２実施形態の構造物点検ロボット１０２の車輪３，４の様子を示す正面図である。る。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成部分には第１実施形態と同じ参照番号を引用し、詳細な説明を省略する。
【００５９】
第２実施形態の構造物点検ロボット１０２は、１対の前輪３，３と、１個の後輪４と、点検装置５を搭載した本体２を備える。本体２には、前輪３，３及び後輪４を駆動するギヤードモータ１１及びモータドライバ１２と、受信機１３と、メインコントローラ１４と、バッテリ１５が設けられている。なお、図１３において、ギヤードモータ１１、モータドライバ１２、受信機１３、メインコントローラ１４及びバッテリ１５の図示は省略している。この構造物点検ロボット１０２は、一対の前輪３の幅方向の内側に、第１実施形態と同様の接触部３２が夫々設けられている。一方、一対の前輪３の幅方向の外側には、接触部３２が設けられず、車輪本体３１が露出している。また、１個の後輪４の両側に、接触部４２が設けられている。１対の前輪３，３は、互いの離隔距離Ｗ３が、第１実施形態と同様に調節可能に形成されている。
【００６０】
第２実施形態の構造物点検ロボット１０２によれば、添接部を走行する際に、前輪３の駆動軸７に対する位置を調節するのみでよい。詳しくは、１対の前輪３の離隔距離Ｗ３を、偶数のボルトナット２５，２５，・・・を跨いで走行可能な幅に設定すれば、後輪４は、前輪３が跨ぐボルトナット２５，２５の相互間の中央を、ボルトナット２５で干渉されずに走行することができる。図１３において、１対の前輪３の離隔距離Ｗ３を、２つのボルトナット２５を跨ぐ幅に設定している。これにより、１つの後輪４を、２つのボルトナット２５の間の中央に、ボルトナット２５の干渉を受けずに走行させることができる。また、第２実施形態の構造物点検ロボット１０２は、前輪３の幅方向の内側に接触部３２を有するので、前輪３が添接部のボルトナット２５に接触しても、接触部３２がボルトナット２５から反力を受け、この反力によって前輪３の進行方向がボルトナット２５を避ける方向に変更される。したがって、前輪３は、ボルトナット２５への係止や乗り上げが生じることなく、鋼製部材の表面に吸着した状態で、走行を継続することができる。この前輪３の進行方向の変更により、後輪４のボルトナット２５への接触を回避できる。或いは、後輪４がボルトナット２５に接触しても、後輪４の両側の接触部４２がボルトナット２５から反力を受け、この反力により、後輪４の進行方向がボルトナット２５を避ける方向に変更される。これにより、構造物点検ロボット１０２は、走行装置のボルトナット２５への係止や乗り上げが生じることなく、添接部を走破することができる。また、第２実施形態の構造物点検ロボット１０２は、前輪３の幅方向の内側に接触部３２を設け、幅方向の外側には接触部３２を設けないので、構造物点検ロボット１０２の幅を比較的小さくできる。
【００６１】
図１５は、第３実施形態の構造物点検ロボットの車輪を示す横断面図であり、図１６は、第３実施形態の構造物点検ロボットの車輪を示す縦断面図である。第３実施形態の構造物点検ロボットは、車輪本体の構造が、第１実施形態の構造物点検ロボットと相違する。本実施形態において、第１実施形態と同様の構成部分には第１実施形態と同じ参照番号を引用し、詳細な説明を省略する。
【００６２】
第３実施形態の構造物点検ロボットは、車輪１３０の車輪本体１３１が、図１５に示すように、ハブ６と、このハブ２の中心軸回りに４５°の角度をおいて外周面に固定された８本の径方向部材としてのスポーク１１３，１１３，１１３，・・・と、各スポーク１１３の先端に揺動可能に連結された吸着ユニット１１４を有して構成されている。吸着ユニット１１４は、略円筒形状のケーシング１１５と、このケーシング１１５の先端部分に収容された磁力部としての磁石１１６で形成されている。上記ケーシング１１５は、先端の全面が開口しており、この開口部分に円筒形状の磁石１１６が内嵌し、この磁石１１６の端面が、吸着面として車輪１３０の外径側を向いている。このケーシング１１５は、強磁性体で作成され、磁石１１６の径方向の端面以外の部分を覆うように形成されて、磁石１１６の磁力の方向を径方向の外側向きに限定する遮蔽部として機能する。上記ケーシング１１５の基端部分には、端面に開口する接続用開口が形成されており、この接続用開口に、スポーク１１３の先端部が挿入されている。このスポーク１１３の先端部に設けられた揺動軸１１７により、ケーシング１１５が揺動可能に軸支されている。上記揺動軸１１７の近傍には、上記ケーシング１１５の接続用開口の縁に連なるように、このケーシング１１５の端面の部材が屈曲して形成された当接部材１１９が形成されている。この当接部材１１９は、上記接続用開口に関して、図１５において矢印Ｒで示す車輪１３０の回転方向、すなわち、スポーク１１３の回動方向の後ろ側に配置されている。上記接続用開口は、上記当接部材１１９に連なる位置から、スポーク１１３の回動方向の前側に向かって延在している。スポーク１１３の先端部の揺動軸１１７回りに吸着ユニット１１４が揺動する際、磁石１１６の中心軸がスポーク１１３の中心軸と一致して０°を成すとき、当接部材１１９がスポーク１１３の側面に当接するように形成されている。一方、磁石１１６の中心軸がスポーク１１３の中心軸に対して２２．５°の角度を成すとき、接続用開口の当接部材１１９と反対側の縁が、スポーク１１３の当接部材１１９が当接する側と反対側の側面に当接するように形成されている。このように、当接部材１１９がスポーク１１３に当接する角度と、接続用開口の当接部材１１９と反対側の縁がスポーク１１３に当接する角度の間に、吸着ユニット１１４の揺動範囲が定められている。
【００６３】
第３実施形態の構造物点検ロボットの車輪１３０は、上記車輪本体１３１の幅方向の両側に、接触部３２，３２が取り付けられている。この接触部３２は、底面が開口した円錐形状に形成されていると共に、内部に、中心軸に沿った円筒形の支柱３２ｂが形成されている。この接触部３２は、金属で作成された接触部本体の円錐形状の接触面３２ａに、ＰＴＦＥで作成された被膜が設けられている。支柱３２ｂの底面側の端部がハブ６の端面に連結されて、接触部３２が車輪本体１３１に固定されている。点検ロボット本体側の接触部３２の支柱３２ｂには、駆動軸７が挿通されている。
【００６４】
第３実施形態の構造物点検ロボットの車輪１３０は、鋼製部材に吸着する磁石１１６を内蔵した吸着ユニット１１４を、８本のスポーク１１３，１１３，１１３，・・・の先端で支持するので、いずれかの磁石１１６が常に鋼製部材の表面に吸着する。これにより、構造物点検ロボットの走行面２０に、継目による段差等の障害物が存在しても、隣り合うスポーク１１３，１１３で上記障害物を跨いで乗り越えることができる。
【００６５】
この構造物点検ロボットは、鋼製部材の法線が鉛直下方を向く下向水平面を走行する際、図１５に示すように、２個の吸着ユニット１１４Ａ，１１４Ｂが同時に下向水平面に接触する。以下、吸着ユニット１１４及び吸着ユニット１１４の構成部分について、進行方向Ｆの前側に位置する場合は添え字Ａを付加し、進行方向Ｆの後側に位置する場合は添え字Ｂを付加して説明する。上記下向水平面に接する２個の吸着ユニット１１４Ａ，１１４Ｂは、進行方向Ｆの前側に位置する前側吸着ユニット１１４Ａの磁石１１６Ａから下向水平面へ作用する作用磁力が、進行方向Ｆの後側に位置する後側吸着ユニット１１４Ｂの磁石１１６Ｂから下向水平面へ作用する作用磁力よりも大きくなる。
【００６６】
詳しくは、前側吸着ユニット１１４Ａは、下向水平面に接触する際、下向水平面の側に揺動可能であるので、磁石１１６Ａの磁力によって揺動軸１１７Ａ回りに揺動し、磁石１１６Ａの吸着面が、下向水平面に対して実質的に零の傾斜角度を成して密着する。一方、後側吸着ユニット１１４Ｂは、前側吸着ユニット１１４Ａが下向水平面に接触する前は、単独で下向水平面に吸着している。後側吸着ユニット１１４Ｂとなる吸着ユニット１１４は、単独で下向水平面に吸着しているとき、磁石１１６の中心軸がスポーク１１３の中心軸と一致して当接部材１１９がスポーク１１３の側面に当接したときから、回動方向の後側に向かって揺動不可となる。このように、磁石１１６を含む吸着ユニット１１４は、スポーク１１３の中心軸に対して０°が基準角度になっている。回動方向の後側に向かって揺動不可となった吸着ユニット１１４は、スポーク１１３と共に回動し、これにより、磁石１１６の吸着面の下向水平面に対する傾斜角度αが、徐々に増大する。そして、図１に示すように、前側吸着ユニット１１４Ａが下向水平面に接触したとき、後側吸着ユニット１１４Ｂの磁石１１６Ｂの吸着面は、下向水平面に対して約２２．５°の傾斜角度αを成す。これらにより、前側吸着ユニット１１４Ａは磁石１１６Ａの１００％の作用磁力で下向水平面に吸着する一方、後側吸着ユニット１１４Ｂは磁石１１６Ｂの８％の作用磁力で下向水平面に吸着する。
【００６７】
引き続いて、図１５の状態から更に車輪１３０が回転してスポーク１１３，１１３，１１３・・・が回動し、後側吸着ユニット１１４Ｂが下向水平面から離脱しても、前側吸着ユニット１１４Ａが、磁石１１６Ａの吸着面が下向水平面に密着したまま残留する。したがって、後側吸着ユニット１１４Ｂが離脱する前後において、車輪１３０の全体の吸着力は、磁石１１６の１０８％の作用磁力から１００％の作用磁力に低下するのみである。その結果、車輪１３０は、作用する荷重によって下向水平面から離脱するおそれを少なくでき、構造物点検ロボットの落下を効果的に防止できる。
【００６８】
また、後側吸着ユニット１１４Ｂが離脱するとき、磁石１１６Ｂの吸着面が下向水平面に対して約２２．５°の傾斜角度αとなり、下向水平面への作用磁力が約８％であるので、少ないトルクで後側吸着ユニット１１４Ｂを下向水平面から離脱させることができる。このように、本実施形態の構造物点検ロボットの車輪１３０は、磁石１１６の磁力を従来よりも増大することなく、前側吸着ユニット１１４Ａで１００％の作用磁力を得て落下防止を行うと共に、後側吸着ユニット１１４Ｂの作用磁力を８％に低減するので、駆動に必要なトルクを増大する必要が無い。したがって、本実施形態の車輪１３０によれば、駆動源やバッテリを大型化することなく、構造物点検ロボットの落下防止を行うことができる。
【００６９】
また、本実施形態の構造物点検ロボットの車輪１３０は、鋼製部材の添接部を走行する場合、車輪本体１３１の幅方向の両側に接触部３２を有するので、添接部のボルトナット２５に車輪１３０が接触しても、接触部３２がボルトナット２５から受ける反力によって車輪１３０の進行方向をボルトナット２５を避ける方向に変更できる。したがって、車輪１３０は、ボルトナット２５に乗り上げることなく、鋼製部材の表面に吸着した状態を保ちながら、回転することができる。また、車輪１３０の鋼製部材への吸着力を発揮する磁石１１６は、車輪の側方への磁気の影響がケーシング１１５で遮蔽されるので、磁石１１６の磁気によって車輪１３０がボルトナット２５へ引き寄せられる不都合を効果的に防止できる。これにより、構造物点検ロボットは、走行装置のボルトナット２５への係止や乗り上げが生じることなく、添接部を走破することができる。したがって、橋梁の添接部よりも先の鋼製部材に到達して、点検を行うことができる。よって、本発明の構造物点検ロボットは、橋梁の到達できない部分を従来よりも削減でき、従来よりも広い部分の橋梁の点検ができる。
【００７０】
図１７は、第４実施形態の構造物点検ロボット１０３を示す平面図である。第４実施形態の構造物点検ロボット１０３は、前輪３と後輪４の配置位置が、第１実施形態の構造物点検ロボットと異なる。第４実施形態において、第１実施形態と同様の構成部分には第１実施形態と同じ参照番号を引用し、詳細な説明を省略する。
【００７１】
第４実施形態の構造物点検ロボット１０３は、前輪３と後輪４が、回転軸方向視において、互いに離隔して配置されている。また、上記前輪３と後輪４は、駆動軸７，９の延在方向である幅方向において、互いに同じ位置に配置されている。すなわち、上記前輪３と後輪４は、走行装置が直進するときに、同じ軌跡を描くように配置されている。第４実施形態の構造物点検ロボット１０３によれば、添接部を走行する際に、ボルトナット２５の配置間隔ｄが狭い場合でも、前輪３と後輪４が同一の直線状の経路に沿って走行できる。したがって、ボルトナット２５の間の走行面２０を、ボルトナット２５に係止又は乗り上げることなく走行できて、添接部を走破することができる。
【００７２】
図１８は、第５実施形態の構造物点検ロボット１０４を示す平面図である。第５実施形態の構造物点検ロボット１０４は、２つの本体２０１，２０２を備え、これらの２つの本体２０１，２０２に、１対の前輪３，３と１対の後輪４，４が各々設けられている。第５実施形態において、第１実施形態と同様の構成部分には第１実施形態と同じ参照番号を引用し、詳細な説明を省略する。第５実施形態の構造物点検ロボット１０４は、第１の本体２０１の進行方向の両側に、２つの前輪３，３が設けられている。前輪３，３は、幅方向の両側に、円錐形状の接触部３２，３２が設けられている。後輪４，４は、幅方向の両側に、円錐形状の接触部４２，４２が設けられている。第１の本体２０１は、進行方向に向かって幅広の基体２１０と、基体２１０上に搭載されて駆動軸７を介して前輪３を駆動するギヤモータ１１と、モータドライバ１２と、受信機１３と、メインコントローラ１４を備える。第２の本体２０２の進行方向の両側には、２つの後輪４，４が設けられている。第２の本体２０２は、進行方向に向かって幅広の基体２１１と、基体上２１１に搭載されて駆動軸９を介して後輪４を駆動するギヤモータ１１と、モータドライバ１２と、バッテリ１５を備える。なお、図１８において、ギヤードモータ１１、モータドライバ１２、受信機１３、メインコントローラ１４及びバッテリ１５の図示は省略している。第１の本体２０１と第２の本体２０２は、弾性部材２１３によって連結されている。第５実施形態の構造物点検ロボット１０４は、前輪３と後輪４が回転軸方向視において重複して配置されている。更に、前輪３を有する第１の本体２０１と、後輪４を有する第２の本体２０２が、弾性部材２１３で連結されている。これにより、この構造物点検ロボット１０４は、第１の本体２０１と第２の本体２０２とが個別に進行方向を向く軸回りに回動するローリングが可能である。したがって、走行面２０が不均一の凹凸を有する場合に、第１の本体２０１と第２の本体２０２が個別にローリングを行うことができるので、構造物点検ロボット１０４の走行を安定にできる。また、第１の本体２０１及び第２の本体２０２のいずれかが、走行面２０の凹凸等に起因して走行方向に相対変位が生じた場合、弾性部材２１３の弾性力により前進方向に付勢力が作用するので、構造物点検ロボット１０４の走破性を向上することができる。また、前輪３の両側と後輪４の両側に、接触部３２，４２が設けられているので、添接部を走行するときに、ボルトナット２５への係止や乗り上げを効果的に防止できる。したがって、添接部によって構造物点検ロボット１０４の走行が妨げられる不都合を防止でき、従来よりも橋梁の広い範囲の点検が可能となる。
【００７３】
図１９は、第６実施形態の構造物点検ロボット１０５を示す平面図であり、図２０は構造物点検ロボット１０５の側面図である。第６実施形態の構造物点検ロボット１０５は、第５実施形態の構造物点検ロボット１０４の第１の本体２０１と第２の本体２０２に、補助車輪２０３，２０４を夫々設けたものである。第６実施形態において、第５実施形態と同様の構成部分には第５実施形態と同じ参照番号を引用し、詳細な説明を省略する。なお、図２０では、第６実施形態の構造物点検ロボット１０５の構成要素のうち、車輪のみを図示している。第６実施形態の構造物点検ロボット１０５は、第１の本体２０１の弾性部材２１３と連結された側の反対側に、第１の補助車輪２０３が設けられており、第２の本体２０２の弾性部材２１３と連結された側の反対側に、第２の補助車輪２０４が設けられている。第１の補助車輪２０３は、第１の本体２０１から突出して設けられた支持アーム２０５によって、回動可能に支持されている。この第１の補助車輪２０３は、外径側に磁力部が設けられており、構造物の強磁性部材に吸着して回転する。第１の補助車輪２０３の幅方向の両側には、円錐形状の接触部２３２，２３２が設けられている。第１の補助車輪２０３は、駆動力が入力されない従動輪である。第２の補助車輪２０４は、第２の本体２０２から突出して設けられた支持アーム２０６によって、回動可能に支持されている。この第２の補助車輪２０４は、外径側に磁力部が設けられており、構造物の強磁性部材に吸着して回転する。第２の補助車輪２０４の幅方向の両側には、円錐形状の接触部２４２，２４２が設けられている。第２の補助車輪２０４は、駆動力が入力されない従動輪である。第６実施形態の構造物点検ロボットは、第１の本体２０１を、磁力部を有する第１の補助輪２０３と、１対の前輪３とで支持することにより、平面視において３点で支持する。また、第２の本体２０２を、磁力部を有する第２の補助輪２０４と、１対の後輪４とで支持することにより、平面視において３点で支持する。このように、第１の本体２０１と第２の本体２０２を、平面視において３点で夫々支持するので、構造物点検ロボット１０５の走行時の安定性を更に高めることができる。また、第１の本体２０１又は第２の本体２０２において、１対の前輪３又は後輪４に駆動力が入力される際のトルクの反力を、軸直角方向に離れて磁力部を有する第１又は第２の補助輪２０３，２０４によって支持することができるので、第１又は第２の本体２０１，２０２の駆動トルクの反作用による回転を防止できる。また、進行方向の最前部に、走行装置の幅方向の略中央に位置する第１又は第２の補助輪２０３，２０４を設け、これらの第１又は第２の補助輪２０３，２０４は接触部２３２，２４２を有するので、構造物点検ロボット１０５が橋梁の添接部を走行する際に、効果的にボルトナット２５を回避することができる。
【００７４】
上記第５及び第６実施形態において、２個の本体２０１，２０３を弾性部材２１３で連結したが、３個以上の本体を設け、互いの本体を弾性部材で連結してもよい。
【００７５】
上記実施形態において、接触部３２，４２，２３２，２４２は円錐形状を有し、接触部１３２は円錐台形状を有したが、他の形状の接触部を用いてもよい。例えば、図２１の変形例に示すように、車輪本体３１の幅方向の両側に、接触面３３２ａの径方向断面が曲線をなす曲面形状の接触部３３２を、前輪３に設置してもよい。また、曲面形状の接触部３３２は、車輪３の幅方向の一方のみに設置してもよい。また、曲面形状の接触部は、後輪４に設置してもよい。
【００７６】
また、上記実施形態において、車輪３，４の磁力部としての磁石３５，３５は、強磁性部材としての鋼製部材に吸着して走行したが、他の強磁性部材に吸着して走行してもよい。
【００７７】
上記実施形態では、構造物点検ロボット１，１０２，１０３，１０４，１０５を、橋梁の点検に用いる場合について説明したが、橋梁以外に、鉄塔、煙突、プラント、各種土木構造物又は建築物等の他の構造物の点検に、本発明の構造物点検ロボットを用いることができる。また、上記実施形態では、構造物点検ロボット１，１０２，１０３，１０４，１０５は、突出部材としてのボルトナット２５が配列された添接部を走破したが、他の突出部材を有する強磁性部材を、突出部材に係止又は乗り上げることなく走破することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１，１０２，１０３，１０４，１０５  構造物点検ロボット
２，２０１，２０２  本体
３  前輪
４  後輪
５  点検装置
７，９  駆動軸
１０  基台
１１  ギヤードモータ
１２  モータドライバ
１３  受信機
１４  メインコントローラ
２０  走行面
２５  ボルトナット
３１，４１，１３１  車輪本体
３２，４２，１３２，２３２，２４２  接触部
３５，１１６  磁石
３６  遮蔽部
【要約】
【課題】構造物の突出部材が設置された箇所を走行でき、構造物において到達できない部分を従来よりも削減でき、従来よりも広い領域の点検ができる構造物点検ロボットを提供する。
【解決手段】構造物点検ロボット１は、点検装置５を搭載した本体２と、１対の前輪３，３と、１対の後輪４，４を有する。前輪３と後輪４は、外径側に周方向に配置された複数の磁石と、磁石の側部と底部を覆う遮蔽部を有する。前輪３と後輪４は、幅方向の両側に設置された円錐形状の接触部３２，４２を有する。前輪３と後輪４が橋梁の鋼製部材に吸着して回転駆動することにより、鋼製部材に沿って走行する。構造物点検ロボット１が添接部を走行する際、接触部３２，４２がボルトナットに接触して反力を受けて、車輪３，４の進行方向がボルトナットを回避する方向に変更されるので、車輪３，４がボルトナットに係止又は乗り上げる不都合を防止できる。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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